CN101808342A

CN101808342A - 波束选择方法

Info

Publication number: CN101808342A
Application number: CN201010116963.XA
Authority: CN
Inventors: R·斯特林-加拉赫; J·诺古伊拉-宁
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2010-02-21
Publication date: 2010-08-18
Also published as: EP2219299A1; US20100210219A1; EP2219299B1; US8442443B2

Abstract

本发明涉及波束选择方法。本发明涉及一种分析接收到的信号的特性并且针对通信系统中的给定情形选择用于发射器/接收器对的最佳波束装置的方法。特别地，信道延迟分布提供有助于确定和评估信号链路质量的特性。这一评估的结果用于选择最佳波束装置。

Description

波束选择方法

技术领域

许多通信系统将天线波束(或者自适应波束形成)用于无线电通信系统以增加信噪比(SNR)。可替换地，如果存在干扰，则天线波束通常会被用来通过增加所需信号功率和/或减少非所需干扰的功率来增加信号与干扰加噪声比(SINR)。

然而，挑战在于如何分析、确定和/或选择用于给定的发射器/接收器对的最佳波束组合。

首先，可能存在需要测试的多个天线波束组合。如果假设在发射器和接收器的波束装置具有各自产生Q个不同辐射模式的Q个可能波束，则用于发射器/接收器对的可能性总数为Q²。这意味着：即使对于可能辐射模式数目有限的小型天线阵列，用于给定的发射器/接收器对的可能组合总数仍然可能很大并且为了逐个测试所有这些组合(称为‘蛮力攻击(brute force)’方法)而需要的时间会非常长。

另外，存在用于各个天线波束组合的信号链路的多个特性。问题在于如何测量和处理特性、使用哪些特性以及为何和最终如何评估特性。

因此，本发明涉及一种分析接收到的信号的特性并且针对通信系统中的给定情形选择用于发射器/接收器对的最佳波束装置的方法。

背景技术

美国专利2007/0205943A1和IEEE 802.15.3c标准文献“mm WaveBeam forming”和“mm Wave Multi-Resolution Beamforming”分别提出波束形成方法，其中通过发送或者接收测试信号来实现天线训练，其中，对于每个测试信号，天线阵列中的移相器的相位对应于单位矩阵的列或者行。通过发送或者接收足够的测试信号以覆盖单位矩阵的所有行或者列，接收器可以计算用于移相器的最优设置。这样的计算利用了对计算矩阵求逆进行简化的单位矩阵的特殊性质。单位矩阵是波束位置子集的正交矩阵，其中该矩阵为包括复值的复矩阵。

IEEE 802.15.3c标准文献“Robust and Highly EfficientBeamforming Procedures for 60GHz WPAN～Beam Searching andTracking～”和“Beamforming”提出一种具有多级的波束形成方法，其中在每个级中使用更细的波束宽度来发送测试序列以确定最佳发射器/接收器波束组合。该方法的第一级因此着力于确定从哪个扇区来定位用于发射器和接收器的最佳天线组合。后续级使用这一信息来确定用于更细的和更窄的波束的搜索区。

现有技术的使用单位矩阵方法的波束形成方法的缺点在于：对于天线数目少(例如少于8)的天线装置而言，当一些天线元件没有如预期的那样工作时有单位矩阵的行和列的一些正交问题。

另外，如果所选波束形成装置的链路性能或者质量下降，则没有由单位矩阵方法提供的替换装置。

现有技术的波束形成方法的其它缺点基于随着每个步骤减少波束宽度：

首先，对于一些情形中的最优性能，产生最佳链路性能的最佳辐射模式可能不是仅有一个角峰值(angular peak)的辐射模式，而可能是具有多个角峰值的辐射模式。这一点的例子在于当发射器和接收器位于小的空间中并且阻塞视线传输路径时。在这样的场合中，经由多个单独壁同时发射信号可能是有利的，这要求具有多个角峰值的辐射模式。由于这一方法的“放大”方面，可以用这一方法仅选择具有一个角峰值的波束。

其次，当最佳的最优细波束位于两个粗波束之间时，在早期步骤中选择错误的粗波束时有时会有误差。这最终导致在后续步骤中选择非最优的细波束并且造成下降的链路性能。

EP 1892852A1公开一种通过发送与基本波束的数目相对应的多个测试序列来确定接收到的波束的方法。

最后，本发明的目的在于减少用于计算和获取接收器与发射器之间的最佳波束装置的所需工作。

发明内容

本发明涉及一种用于分析一个或者更多发射器与一个或者更多接收器之间的通信系统内的至少一个信号链路的信道延迟分布(profile)的方法，其中每个发射器和每个接收器分别包括多个预定的发射器和接收器波束，并且其中每个信号链路对应于发射器和接收器波束的特定组合，其中该方法包括用于基于信道延迟分布的特性来评估至少一个信号链路的评估步骤。

有利地，重复执行评估步骤以重新评估当前信号链路。

有利地，该方法包括用于基于评估步骤来选择信号链路的选择步骤。

有利地，该方法包括用于基于信道延迟分布的特性来为每个信号链路计算评估值的计算步骤，所述评估值是进行评估的步骤的结果。

有利地，该方法包括用于在发射器和/或接收器中根据评估值的最高等级(rank)来存储至少一个评估值的存储步骤。

有利地，在减少当前信号链路的评估值的情况下选择具有下一最高评估值的信号链路。

有利地，在减少当前信号链路的评估值的情况下选择具有下一最高评估值的至少一个信号链路并且重新计算相应的评估值。

有利地，至少一个信号链路的评估与信号功率、信噪比、载波与干扰之比、视线比、信道窗口尺寸和/或信道延迟分布的估计的信道延迟扩展有关。

本发明也正考虑一种分析设备，该分析设备适于分析一个或者更多发射器与一个或者更多接收器之间的至少一个信号链路的信道延迟分布，其中每个发射器和每个接收器分别包括多个预定的发射器和接收器波束，并且其中每个信号链路对应于发射器和接收器波束的特定组合，该分析设备包括适于基于信道延迟分布的特性来评估至少一个信号链路的评估装置。

有利地，评估装置适于重复地评估当前信号链路。

有利地，该设备包括适于基于评估装置的评估来选择信号链路的选择装置。

有利地，该设备包括适于基于信道延迟分布的特性来为每个信号链路计算评估值的计算装置，所述评估值是评估装置的评估结果。

有利地，该设备包括适于根据评估值的最高等级来存储至少一个评估值的存储器。

有利地，在减少当前信号链路的评估值的情况下，选择装置选择具有下一最高评估值的信号链路。

有利地，在减少当前信号链路的评估值的情况下，选择装置选择具有下一最高评估值的至少一个信号链路，并且计算装置重新计算相应的评估值。

有利地，该分析设备是发射器的部分和/或接收器的部分。

附图说明

本发明描述的本发明实施例鉴于以下附图将变得更清楚，其中：

图1示出了利用自适应波束形成的波束形成装置的例子，

图2示出了利用固定波束切换的波束形成装置的另一例子，

图3示出了利用波束组合的波束形成装置的另一例子，

图4示出了适合于具有一个发射器和一个接收器的系统的使用三个迭代步骤的波束形成方法的例子，

图5示出了在接收器获得的估计的信道延迟分布的例子，

图6示出了波束选择方法的流程图，

图7示出了波束选择方法的另一流程图，

图8示出了下采样的信道延迟分布的另一例子，

图9示出了包括滤波窗口的信道延迟分布的另一例子，并且

图10示出了本发明的通信系统的示意性框图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于使用天线波束的通信系统的发射器/接收器对的波束选择方法。

特别地，特定准则被用来支持选择过程。例如，针对每个不同的天线组合或者也称为天线波束装置，在接收器对估计的信道延迟分布进行某些测量。组合由建立链路或者至少允许测量相应波束的存在的特定定向发射器波束和/或特定定向接收器波束来限定。

信道延迟分布所示的延迟扩展是在相同信号在不同时间到达它的目的地时造成的一类失真。信号通常经由多个路径并且以不同到达角到达。在通常为视线分量的第一多径分量的到达瞬间与最后多径分量的到达瞬间之间的时间差被称为延迟扩展。

以某一方式对针对每个天线组合的测量结果进行加权和处理，以形成软值或者也称为评估值，其表示该组合、装置或者可替换地称为信号链路的预期性能。具有最高软值的组合然后通常用于数据传输。

此外，至少一个天线组合的软值或者所有天线组合的软值在接收器和/或在发射器作为被分等的列表被存储到存储单元中。如果用于最终传输的所选链路经历链路质量的骤减，则波束可以快速切换到列表中具有下一最高值的下一波束组合。

在更新或者变更列表之一的情况下，发射器和接收器相互同步以保持列表更新。

可替换地，可以执行跟踪，这涉及到重新测试列表中具有最高值的一组波束组合，这些波束组合更新它们的软值并且然后将具有最新最高值的波束组合用于最终数据传输。

本发明也可以使用迭代步骤来针对通信系统中的发射器和接收器对确定和计算最佳波束，以提供最佳通信链路，其中所述发射器和接收器在如图4中所示的每个迭代步骤中一次被训练一个。有利地通过天线波束组合的信道延迟分布的特性来标识和评估最佳链路。在多个发射器和接收器的情况下，有利地单独训练每个发射器和接收器。在发射器和接收器分别包括多个一个天线的情况下，可以逐个单独训练天线。

但是为了减少这样的发射器或者接收器的组合数目，可以在迭代步骤期间预选和使用由发射器或者接收器的天线生成的特定或者有限数目的辐射模式。

用于建立通信链路的基本方法使用发射器处的一个自适应波束天线和接收器处的一个自适应波束天线。

该方法就迭代步骤而言的特别的特征在于：在每个后续迭代步骤中，减少用于发射器和接收器的候选波束组合数目，这从而减少为了发现最佳组合而需要的总时间。候选波束组合意味着迭代步骤的多个预定天线波束。

该方法就迭代步骤而言的另一特征在于使用接收器和/或发射器分集。这一分集可以采取空间和/或极化分集的形式。现在应当清楚：天线波束可以源于单个定向天线或者是数个发射或者接收天线(像例如相控阵列天线)相互干扰的结果。

在第一迭代步骤中，发送与整组可能波束(或者辐射模式)相对应的多个测试序列。对于每个发送的测试序列，发射器使用不同波束。接收器然后有利地基于信道延迟分布的特性判决这些测试信号中的哪些测试信号为最佳，并且经由反向信道向发射器发送这一信息。发射器然后使用如由接收器标识的最佳波束来发送相同数目的测试信号，并且也根据信道延迟分布来检查哪些接收器波束组合会为最佳。发送的测试信号数目也可以与发射器或者接收器波束的数目有关。在后续迭代步骤中，减少测试波束以及相对应的发射器和接收器测试序列的数目，并且提高最佳发射器/接收器天线波束组合的准确性。

重要的是注意，有利地不使用单位矩阵，并且在第一迭代步骤中发送分别与发射器和接收器的整组所有可能波束(或者辐射模式)相对应的测试序列。

从一个迭代步骤到下一迭代步骤，有利地未减少发射器和/或接收器波束的波束宽度，而是仅减少待测试的波束或者辐射模式的数目。在另一情况下，在留下特定数目的可能的发射器/接收器波束或者组合之后，可以减少波束宽度。

在下文中描述用于在发射器和接收器创建天线波束的不同方法。这些方法被称为“自适应波束形成”、“固定波束切换”和“波束组合”并且在相应的图1至图3中示出。重要的是注意，对本发明的使用不限于使用这些方法并且可应用于由除了上文提到的‘蛮力攻击’方法之外的其它方法形成的波束。

“自适应波束形成”通常使用固定天线支路的组合，其中天线有利地具有全向特性，并且其中每个支路具有相对应的RF移相器和放大器。天线也可以包括定向天线。

图1示出了利用固定波束切换的波束形成装置1的例子；特别地示出了具有L个天线支路的接收器。

装置1包括天线5、放大器4、移相器3和RF组合器2。此外，放大器4和移相器3连接到增益和相位计算装置6，该增益和相位计算装置6最终被连接到波束选择控制装置7a。RF组合器2被连接到接收器8。

实际上，天线5包括多个单个天线5a、5b至51。放大器4包括单个放大器4a、4b至41。并且移相器3包括多个单个移相器3a、3b至31。

通过改变用于每个支路的移相器，改变接收到的信号的角度，针对所述接收到的信号的角度，组合的L个支路具有最高增益，并且因此可以导引接收到的波束。通过改变用于每个支路的放大器增益，改变组合器中的各个单独支路的权重并且因此可以改变对角度的确切波束接收器灵敏度。如果仅某组波束需要用于“自适应波束形成”，则可以像在增益和相位计算装置6中在线计算或者在查找表中存储不同支路所需的确切增益和相位；然后可以选择这些波束。

单个天线5a被连接到放大器4a，该放大器4a又被连接到移相器3a，其中所述移相器3a被连接到RF组合器2。在天线、放大器与移相器之间的这一连接对于每个单个天线5a至51、放大器4a至41和移相器3a至31而言是相同的，其中每个移相器3a至31分别被连接到RF组合器2。

RF组合器2工作，以从天线5a至51接收由相应放大器和/或移相器先前处理的所有信号并且将这些信号组合成向接收器8发送的单个输出信号。天线5a至51分别工作，以接收电磁信号并且向相应放大器4a至41提供这些电磁信号。在另一情况下，天线5a至51可以旋转、移动和/或是定向的；但是天线有利地为全向的并且需要创建特殊辐射模式。放大器4a至41工作，以放大或者衰减接收到的信号。移相器3a至31工作，以对接收到的和已放大的信号改变相位或者引起相移而且向RF组合器2输出信号。接收器8本身工作，以从RF组合器2接收信号并且处理和解调这一信号。

增益和相位计算装置6工作，以分别控制每个放大器4a至41和移相器3a至31。由于装置6的这一操作，可以选择和生成在方向和/或强度方面不同的不同接收器波束。如上文提到的那样，该装置有利地在表格或者另一存储装置中存储特定接收器波束的设置，这些设置因此可以由波束选择控制装置7a来选择。

对于发射器，使用与图1中所示类似的装置，但是在该情况下，信号从右向左行进，并且RF组合器为功率分配器所替代。另外，使用发射器而不是接收器8。所发送的信号被分路到不同天线5a至51而不是被组合。

在接收器或发射器形成波束的一种替换方法是在基带中针对不同天线支路执行相移和不同放大。

图2示出了利用固定波束切换的波束形成装置10的另一例子。

对于这一方法，N个固定波束天线之一经由开关被连接到接收器或者可替换地被连接到发射器。N个固定波束天线有利地包括不同辐射模式或者波束。

这一装置10包括天线11和n路开关14，该n路开关14经由相应的连接点13a至13d被连接到天线11的相应的单个天线11a至11d。单个天线11a至11d分别工作，以生成天线波束12a至12d。n路开关14也被连接到接收器8并且由波束选择控制装置7b控制。通过控制n路开关14，不同天线11a至11d可以被一次选择一个。

图2中所示的所有装置(像接收器8和波束选择控制装置7b)类似于图1中所示的装置。但是由于仅能单独选择天线11a至11d这一事实，图2中的天线波束12a至12d为定向天线波束。

“固定波束切换”方法的变型是图3中所示的“波束组合”方法。对于这一变型，再次使用具有不同辐射模式的N个固定波束天线，但是可以有选择地切换并且RF组合这些波束天线，从而产生数目更大的可能辐射模式。

对于使用N个固定波束天线的标准波束选择装置(图2)，有N个不同辐射模式(每个波束有1个辐射模式)，而对于相同数目的固定波束天线，(图3中的)波束组合装置产生共计2^N-1个有效辐射模式。

图3示出了利用波束组合和切换的波束形成装置20的另一例子。

装置20包括天线22、RF组合/切换网络21、接收器8和波束选择控制装置7c。天线22、波束选择控制装置7c和接收器8分别类似于图2的天线11、波束选择控制装置7b和接收器8。

RF组合网络21工作，以组合不同天线并且因此组合它们的波束，使得不同天线同时进行发射和/或接收并且生成特定波束。最终，以特殊方式组合由不同天线接收到的信号，使得在特定方向上实现相长干涉或者相消干涉。

图4示出了适合于具有一个发射器和一个接收器的系统的使用三个迭代步骤的波束形成方法的例子。

第一、第二和第三迭代各自分别包括发射器训练脉冲串31a、31b、31c、反馈脉冲串32a、32b、32c和接收器训练脉冲串33a、33b、33c。这些脉冲串也可以分别是时隙。所示例子使用3个迭代步骤，但是当然可以使用任何数目的迭代步骤。

在时隙之间可以有空的或者特殊标记的时隙，以避免信号冲突或者提供信号或者过程同步。也可以在每个测试信号之后插入特殊时隙。

如图4中所示，在每次迭代之后，减少待使用的预定天线波束数目；因此，发射器训练脉冲串31a(Q CSF)中所用的天线波束的数目大于发射器训练脉冲串31b(N CSF)中所用的天线波束的数目。这对于比接收器训练脉冲串33b(N CSF)中所用的天线波束的数目更大的接收器训练脉冲串33a(Q CSF)同样成立。按照公式可以将它记为S＜M＜N＜Q，其中字母S、M、N、Q中的每个字母为自然数并且代表在其自己的迭代期间待测试的波束数目。

反馈脉冲串有利地在如图4中所示的每个迭代中维持相同长度。在另一情况下，预定天线波束数目变得越小，需要向发射器发回的信息就越少并且反馈脉冲串也可以变得越小(未示出)。

发射器在第一迭代的发射器训练脉冲串期间使用整组定向天线波束来发送测试信号，而接收器被设置成有利地为准全向或者完全全向的恒定天线波束。准全向波束几乎等同地被分配到空间中并且允许接收器通过使用这一“中间”波束或者任何其它适当波束来捕获信号并且因此捕获发射器波束位置的至少部分。

详细地，首先通过发射Q个测试序列来训练发射器天线，其中每个测试序列与不同于Q个可能的可用发射器辐射模式的辐射模式一起被发送。

不同测试序列在该图上被标记为CSF(信道探测帧(channelsounding frame))。该图上所示的加权矢量W_Tx是如下矢量：如果通过如图1中所示的方法执行波束形成，则该矢量包含每个天线元件为了生成辐射模式之一而需要的所有相位(和幅度)。

在反馈脉冲串期间，接收器标识传输质量最佳的天线波束并且经由反向信道向发射器发送这些结果。有利地以最佳发射器可能性的有序列表形式转发结果。对于每个发送的序列，接收器将接收到的信号去相关并且使用去相关器的输出来判决从发射器发送的Q个测试序列中的每个测试序列的质量。

这一质量测量可以基于所得到的估计的信道延迟分布、信道估计、估计的接收到的信噪比、估计的载波与干扰之比或者某一其它准则。根据这些质量测量，接收器对最佳N个接收到的序列进行分等并且经由反向信道向发射器发送相对应的被分等的发射器天线索引。

这一反向信道可以使用或者可以不使用与前向链路相同的频率或者相同的信道。

在接收器训练脉冲串期间，发射器选择传输质量最佳的天线波束，而接收器使用整组天线波束来改变天线波束。发射器有利地在接收器训练脉冲串期间使用传输质量最佳的天线波束，但是情况也可以是根据需要具有特定传输质量的天线波束的应用来使用该天线波束。

在第一迭代完成之后，仅维持特定数目的最佳或者特定天线波束，这些天线波束被认为是用于后继迭代(在这一情况下为第二迭代)的多个预定天线波束。如同第一迭代地处理第二迭代，仅有的差异在于减少预定天线波束的数目。

如从图4可见的那样，后续迭代在减少用于发射器训练和接收器训练的被测试辐射模式数目这一意义上遵循相同模式。重要的是注意，在发射器训练期间所用的接收器辐射模式在最后训练接收器时有利地是最佳接收器辐射模式，并且在接收器训练期间所用的发射器辐射模式在最后训练发射器时有利地是最佳发射器辐射模式。

应当清楚，在另一例子中，在从发射器向接收器的发射器训练脉冲串和接收器训练脉冲串期间将要实现的预定信号传输质量可以不同。

对于最终数据传输，有利地将发射器和接收器辐射模式分别设置成在用于发射器和接收器的最终迭代中计算的最新被分等的列表中的最佳辐射模式。

所需迭代的确切数目和从一次迭代到下一迭代的被测试序列(和相对应的模式)的减少是实施问题并且可以与确切的通信系统、可能辐射模式总数Q和将要使用该通信系统的环境有关。

迭代数目可以是固定数目或者可以根据被分等的列表中的值的散布而变化。迭代也可以与内部倒计数或者直至标识接收器和/或发射器的仅一个波束有关。迭代数目也可以与随着每次迭代有多快地减少天线波束有关；例如越快地减少波束的数目，迭代数目就将越小。

提出的波束选择方法的另一特征在于：当需要在信道中的扰动期间快速重选在发射器和接收器处的天线时，使用用于发射器和接收器的最新被分等的列表中的索引以形成可以相对快地重新评估的小组发射器和接收器辐射模式是有用的。这对于执行如下跟踪也是有用的，可以定期执行该跟踪以便更新列表的等级。

有利地，接收器维持其自己的最佳接收器波束的被分等列表，并且在每次迭代时将更新该列表。这一列表可以包括整组预定天线波束或者所述波束的少量选择。尽管接收器优选地包括其自己的天线波束列表，但是它也可以包括其它接收器和/或发射器的信息。这也可以对应于发射器具有它自己的天线波束列表。

当在发射器和接收器使用多个天线时，可以展开这里呈现的基本概念。例如，发射器和接收器天线的数目被设置成2。情况也可以是在这一例子中使用两个独立的发射器和两个独立的接收器。当接收器在空间上隔开或者独立时，可以是每个发射器会需要两个不同的发射器波束。

一般而言，当N_T个单独天线或者波束在发射器处被用来执行发射分集时，每个迭代将包含将用来训练不同发射器的N_T个发射器训练脉冲串或者时隙。类似地，当N_R个单独天线或者波束在接收器用来执行接收器分集时，每个迭代将包含将用来训练不同接收器天线的N_R个接收器训练脉冲串或者时隙。在其中可以同时使用多个接收器的一些实施方案中，可以减少第一迭代中的发射器训练脉冲串或者时隙的数目，因为多个接收器能够同时接收初始发射训练脉冲串。

然而，本发明的挑战在于如何标识产生最佳性能的用于给定的发射器/接收器对的最佳波束组合。这一性能可以被量化为分组错误率(PER)、误码率(BER)或者某一其它质量测量。

对于提出的波束选择方法，可以通过不同方法获得用于给定的发射器/接收器对的不同波束组合的信道延迟分布。

矢量h包含复元素(h_开始，...，h_i，...，h_结束)，这些复元素(h_开始，...，h_i，...，h_结束)是从信道估计块向后续处理级传递(通常由去相关器(或者匹配滤波器)执行)的复数样本。矢量j包含元素(j_起始，...，j_i，...，j_停止)，这些元素(j_起始，...，j_i，...，j_停止)是来自去相关器(或者匹配滤波器)的复数样本并且未被用于后续处理，因为当使用下采样时尚未选择这些元素(j_起始，...，j_i，...，j_停止)。特定矢量根据以下等式(7)将变得更清楚，其中矢量h的元素被用于计算软值，而矢量j的元素未被使用但是存在，并且因此对于等式(7)的结果是重要的。

在信道延迟分布的特性与预期性能之间的确切关系与所用系统类型(单载波、OFDM(正交频分复用))、接收器和均衡器结构、是否使用时间和/或频率交织、信道编码方案和许多其它系统特性有关。

因此更详细地描述信道延迟分布的测量以及组合测量的结果和计算软值的四种不同方式。朝向软值的确切权重是实施方案特定的并且与待使用的系统有关。

信道延迟分布对于分别由接收器与发射器之间的每个波束装置形成的每个信道和链路而存在，并且给出通过多径信道接收的信号随时间延迟而变化的强度。时间延迟是多径到达之间的行程时间差异。多径信道通常并不包括从发射器到接收器的单个信号路径而是包括从发射器到接收器的多个信号路径。

对于小规模信道建模，通过取得多径信道的空间平均基带冲激响应来发现信道的功率延迟分布。

信道延迟分布的对于本发明而言特别重要的7个特性如下并且可以对于在至少一个发射器与至少一个接收器之间的每个波束装置而不同：

特性1)-由下式给出的接收到的信号强度功率：

或者其近似由下式给出：

信号功率近似1：

信号功率近似2：

注意，h_i，实部和h_i，虚部是复数值h_i的实分量和虚分量。

这些近似用来进一步减少计算和测量复杂度。

特性2)-估计的接收到的信号与噪声之比(SNR)由下式给出：

SNR是如在第1节中计算的总功率除以噪声功率。噪声可以是任何种类的已知噪声，像例如白噪声。

特性3)-估计的载波与干扰(C/I)之比由下式给出：

C/I之比是总功率除以噪声功率与干扰功率之和。干扰可能源于像在蜂窝系统中或者在同时和/或以相同频率发送信号的任何其它系统中的例如相邻外来发射器。

特性4)-估计的视线(LOS)比由下式给出：

最高峰值通常是直接在从发射器到接收器的视线中移动的信号。

在对象阻塞LOS或者LOS信号被衰减的情况下，另一路径可以提高最高峰值。测量的峰值的高度与理想LOS峰值的高度越接近，测量峰值的信号路径与预期的LOS峰值的信号路径就越类似。通常，LOS信号是信道延迟分布的第一接收到的信号，因为该LOS信号具有最短路径；但是该LOS信号由于散射和衰减而未必是最强信号。

特性5)-有用峰值/遗漏峰值之比由下式给出：

有用样本是如下样本，这些样本被认为与软值的确定相关并且也可能在特定阈值以上。有用峰值是具有如在等式(7)中所描述的最高值的有用样本。遗漏样本是例如在特定阈值以下的样本，其中该阈值可以与噪声功率估计有关或者可以是固定值。可替换地，遗漏样本可以是由于下采样而未被使用的样本。遗漏峰值是具有如在等式(7)中所描述的最高值的遗漏样本。

图8示出了具有多径传播的信号链路的信道延迟分布的例子，其中通过一个波束装置来形成和建立信号链路。该分布本身包括12个样本，其中每第二峰值在其顶端具有十字标并且称为遗漏样本。这些有十字标的峰值是与软值的确定无关的峰值并且由于下采样而在这一例子中未被使用。根据计算减少和计算结果的质量，其它下采样率(像例如每第三峰值具有十字标)是可能的。

第一有用样本在‘开始’位置，第一遗漏样本在‘起始’位置，并且最后有用样本在‘结束’位置，而最后遗漏样本在‘停止’位置。由于如何标识和确定有用样本和遗漏样本的可能性，‘开始’/‘结束’标志的位置未必与‘起始’/‘停止’标志的位置有关并且反之亦然。它们仅应当解释等式(7)中的索引未必是相同的。

图9示出了具有多径传播的包括如下样本的信道延迟分布的另一例子，这些样本在其顶端标有十字标、标有圆圈、标有十字标和圆圈或者没有标有任何事物。在功率电平TH以下的信号样本标以圆圈，而在标志S(开始)与E(结束)之间限定的区域以外的信号样本具有十字标。在该区域以外并且在功率电平以下的信号样本既具有十字标又具有圆圈。其它信号样本被视为相关的并且称为有用样本。所有其它样本被视为遗漏样本。可能存在错误地过滤如下测量峰值的上功率电平，这些测量峰值会把上升至所述电平以上的信号峰值标记为不相关的。

功率电平TH可以与噪声功率估计有关或者在该过程之前被预先确定。或者也可以设置功率电平，使得仅特定数目的信号峰值仍然未被标记。

标志S(开始)和E(结束)的位置也可以与特定峰值的值有关或者被预先确定。标志S(开始)可以恰好在最高信号峰值之前放置于通常为LOS峰值的第一峰值之前或者放置于信道延迟分布中的任何地方。标志E(结束)的位置与标志S(开始)的位置相同或者正好被放置于标志S(开始)之后。两个标志之间的距离可以是恒定的或者被预先确定。标志E(结束)也具有其放置(比如标志S(开始))类似的要求：该标志E(结束)可以放置于最后的信号峰值之前或者以仅特定数目的峰值在该区域内相关这样的方式来放置；因此也考虑功率电平TH的结果。在当前例子中，窗口内的8个峰值中的仅5个峰值是有用峰值。窗口内的其它3个峰值和在该区域以外的4个峰值是遗漏峰值。

通过窗口对分布的预备可以视为在实际计算特性和/或软值之前的预处理。该窗口影响对于稍后解释的软值计算而言重要的信道延迟分布的特性。

注意，对于乘法运算数目的减少，也可以通过使用等式(2)和(3)中描述的功率近似之一来近似等式(4)或者(5)或者(6)或者(7)的分子和分母。

特性6)-估计的信道延迟扩展由下式给出：

其中，i₀是由下式限定的平均延迟：

最终，估计的信道延迟扩展表明信道延迟分布多快地衰减。

复杂度更低的各种替换方法也可以用来估计多径延迟扩展。众所周知，术语‘估计’更确切地意味着基于一些测量对特定特性的计算。

特性7)-‘信道窗口尺寸’由信道延迟分布的等式‘结束-开始’限定。如图9中所示，对于进一步处理并不考虑在这一窗口以外的信号样本。

当然，可以限定和使用其它参数和特性，以进一步精化测量和计算过程并且因此精化软值的最终结果。

注意，噪声功率估计和干扰功率估计可以分别用不同的已知方式被测量(在等式4和5中)、被计算和被实现并且源于不同系统，像例如单载波或者多载波系统。

通常，第1)、2)和3)节的特性应当对最终软值都具有正权重。要使用这些特性中的确切哪个特性与系统是噪声限制的还是干扰限制的有关。

LOS比也应当对最终软值具有正影响，然而确切的权重与是否使用均衡器并且均衡器对均衡任何多径有多有效有关。对于不具有均衡器的接收器，LOS比会对最终软值具有强得多的权重。对于具有很有效的均衡器的接收器，LOS比在最终软值中的权重会具有减少很多的权重并且可以在LOS比达到某个值之后才具有权重。

信道窗口尺寸对于具有块传输结构(其具有保护间隔)的系统而言特别地重要。这一保护间隔可以填充有数据符号、常用词或者零的循环延伸。这样的系统的例子是OFDM或者SC/FDE(频域均衡器)系统。为了这样的系统能够均衡信道中的多径分量，多径延迟扩展须小于保护间隔的长度。因此，当信道窗口比保护间隔更长时，最终软值被设置成零。

有用峰值与遗漏峰值之比对于如下系统而言特别地重要，这些系统发送时域信号，并且对于这些系统而言，接收器定时和接收器均衡具有不同采样率。

这一系统的例子是两次将上采样用于定时而一次将上采样用于均衡器的SC/FDE系统。对于这样的系统，当有用峰值与遗漏峰值之比接近1时，定时将从有用峰值移向遗漏峰值，从而造成性能下降。因此，当这一比率在某个阈值以下时，软值也被设置成零。

估计的信道延迟扩展对于可以从由额外多径分量提供的额外分集获益的系统而言是重要的。这样的系统的例子是具有瑞克(Rake)接收器的带有时间交织和强大的信道编码和/或扩频的系统(或者CDMA系统)。

在下文中，描述用于根据针对每个波束组合的上述测量和特性来计算软值的四种不同软值组合过程(SCP)作为例子。

第一SCP：

如果(((信道窗口尺寸)＞长度_1)或者((有用峰值/遗漏

峰值之比)＜最小_比率))

{

软值＝0.0；

}

否则

{

如果(LOS比＜TH1)

{

软值＝SNR*TH1

}

否则

{

软值＝SNR*((LOS比-TH1)*W1+TH1)

}

如果‘信道窗口尺寸’大于长度_1或者‘有用峰值/遗漏峰值之比’小于最小_比率，则软值被设置成零。如果两个条件均未满足，并且如果‘LOS比’小于TH1，则软值被设置成‘SNR’乘以TH1的值。如果两个条件均未满足，并且如果‘LOS比’等于或者大于TH1，则软值被设置成‘SNR’乘以‘(LOS比-TH1)*W1+TH1’这一项的值。

第一SCP有利地用于如下通信系统，这些通信系统具有在半静态环境中工作的均衡器，并且其中性能并未随着多径增加而增加。

第二SCP：

如果(((信道窗口尺寸)＞长度_1)或者((有用峰值/遗漏

峰值之比)＜最小_比率)或者(LOS比＜TH1))

{

软值＝0.0；

}

否则

{

软值＝SNR；

}

如果‘信道窗口尺寸’大于长度_1或者‘有用峰值/遗漏峰值之比’小于最小_比率或者‘LOS比’小于TH1，则软值被设置成零。如果三个条件都未满足，则软值被设置成‘SNR’的值。

第二SCP有利地用于无均衡器的系统。

第三SCP：

如果(((信道窗口尺寸)＞长度_1)或者((有用峰值/遗漏

峰值之比)＜最小_比率))

{

软值＝0.0；

}

否则

{

如果(估计的信道延迟扩展＜TH1)

{

软值＝SNR*TH1；

}

否则

{

软值＝SNR*((估计的信道延迟扩展-TH1)*W1

+TH1)

}

如果‘信道窗口尺寸’大于长度_1或者‘有用峰值/遗漏峰值之比’小于最小_比率，则软值被设置成零。如果两个条件均未满足，并且如果‘估计的信道延迟扩展’小于TH1，则软值被设置成‘SNR’乘TH1的值。如果两个条件均未满足，并且如果‘估计的信道延迟扩展’等于或者大于TH1，则软值被设置成‘SNR’乘以‘(估计的信道延迟扩展-TH1)*W1+TH1’这一项的值。

第三SCP有利地用于具有均衡器并且可以在动态环境中工作的系统，其中性能随着多径增加而改进。

第四SCP：

如果(((信道窗口尺寸)＞长度_1)或者((有用峰值/遗漏

峰值之比)＜最小_比率))

{

软值＝0.0；

}

否则

{

如果(信道窗口尺寸＜TH1)

{

软值＝SNR*TH1；

}

否则

{

软值＝SNR*((信道窗口尺寸-TH1)*W1+TH1)

}

如果‘信道窗口尺寸’大于长度_1或者‘有用峰值/遗漏峰值之比’小于最小_比率，则软值被设置成零。如果两个条件均未满足，并且如果‘信道窗口尺寸’小于TH1，则软值被设置成‘SNR’乘以TH1的值。如果两个条件均未满足，并且如果‘信道窗口尺寸’等于或者大于TH1，则软值被设置成‘SNR’乘以‘(信道窗口尺寸-TH1)*W1+TH1’这一项的值。

第四SCP有利地用于与在第三SCP中所用的系统类似的系统，但是使用该窗口尺寸而不是使用估计的信道延迟扩展作为信道色散的复杂度低的测量。

在整个所有四种上文提及的SCP中，以下陈述尤其适用：

·长度_1、最小_比率、TH1和W1这些变量都是实施参数并且可以与系统、环境和/或应用有关。这些变量可以是恒定的或者这些变量可以在初始化和/或更新阶段期间由系统更新。也可以在进行中的SCP期间更新这些变量。TH1不同于图9的TH。

·‘SNR’参数也可以根据系统、环境和/或应用由‘C/I之比’或者由‘信号功率’替代。

·对于定时和均衡处于相同采样率的系统，可以删除第一如果语句中的测试((有用峰值/遗漏峰值之比)＜最小_比率)。

当然有其它可能性，并且有针对每个波束组合来分析估计的信道延迟分布以产生软值的通用概念，其可以用于任何不同类型的软值计算。

注意，第一如果条件与信道延迟分布的预处理是可比较的并且是接受信道延迟分布进行进一步处理的第一边界。否则，软值恰好被设置成零，从而表明波束装置的信号链路有不良信号质量。

第二如果条件精化信号链路的评估并且主要将软值设置成‘SNR’或者设置成基于‘SNR’和更多参数的值。

实际上，软值基于根据不同SCP的信道延迟分布的特性。在其它例子中，可以基于信道估计样本的扩展来计算软值。

如上文提及的那样，所有天线组合的软值可以在表格中被存储为被分等的列表。这一列表也可以另外或者补充地存储于发射器处。如果用于最终传输的所选链路经历链路质量骤减，则波束可以快速切换到该列表中具有下一最高值的下一波束组合。这通过接收器向发射器通知它应当使用哪个天线波束来实现。

一种替换策略在于：当所选链路经历链路质量骤减时，执行跟踪过程。这涉及到重新测试该列表中具有最高值的一组发射器/接收器波束组合。用于这些组合的最新软值然后重写表格中的相对应的较旧的值，并且将具有最高值的波束组合用于最终数据传输。

该波束选择方案与现有技术相比的主要优点在于：这里基于信道延迟分布来进行波束天线组合选择。由于信道延迟分布对性能具有直接影响(根据接收器的类型)，通过选择适当准则可以容易地标识和选择性能最高的波束组合。

另外，如果用于最终传输的所选链路经历链路质量骤降，则波束可以快速切换到该列表中具有下一最高值的下一波束组合。可替换地，可以通过重新测试该列表中具有最高值的一组波束组合来执行跟踪。

在图5中示出了通常来自复数去相关器(complex decorrelator)的输出的在接收器处获得的典型的估计的信道延迟分布。与功率延迟分布一起示出了实部和虚部输出。根据相关器或者匹配滤波器的采样率和例如像均衡的任何后续处理的速率，可以对或者可以不对样本进行下采样以供后续处理。为了减少噪声的影响，通常将峰值以下XdB的接收到的样本设置成零。

图5示出了信道延迟分布的三幅图。上图是测量的功率分布，而在上图以下的左图和右图分别是实部相关器和虚部相关器的输出。上图的功率值(也称为v的绝对平方)等于左图的实部值v_实部的平方加上右图的虚部值v_虚部的平方。

在上图中应用噪声滤波窗口，该噪声滤波窗口从最高峰值被放置并且是比峰值低x dB的特定值。因此，滤除有利地源于任何种类的噪声源的在这一窗口以下的所有值。

图6和图7分别示出了在波束选择方法期间如何标识天线波束和波束装置以及在波束选择和形成过程中如何使用这一结果的例子。

图6示出了波束选择方法的流程图，该波束选择方法包括开始步骤61、‘发射器波束确定’步骤51、反馈步骤65、‘接收器波束确定’步骤52和结束步骤69。‘发射器波束确定’步骤51包括‘发射发射器波束’步骤62、‘用全向波束接收’步骤63和‘标识最佳发射器波束’步骤64，而‘接收器波束确定’步骤52包括‘用最佳发射器波束发射’步骤66、‘用所有接收器波束接收’步骤67和‘标识最佳接收器波束’步骤68。

最终，图6中的流程图示出了如何执行比如图4中的迭代。在步骤62，发射器向所有可能天线波束方向发射测试信号。在步骤63，接收器被设置成全向波束并且如果可能则接收所有发射器波束。并且在步骤64，接收器标识具有最佳传输质量的测试信号的发射器波束。接收器可以标识测试信号，因为测试信号被标为这样的信号。或者测试信号包括信息或者信号模式，该信息或者信号模式允许接收器直接或者间接地这样标识测试信号。例如，测试信号内的模式已经被编程到接收器中并且帮助接收器识别该测试信号。

另外，接收器可以标识天线波束，因为测试信号包括标识天线波束的索引或类似的。另一可能性在于：使接收器和发射器同步，并且接收器了解发射器以哪个顺序和在什么时间使用特定天线或者天线波束方向。

然后，在步骤65，经由反馈向接收器发回这些标识的发射器波束。这可以通过从接收器到发射器的无线信号信道或者有线信号信道或者线缆来完成。

在步骤66，发射器被设置成接收器在步骤64先前已经标识的最佳发射器波束。在步骤67，接收器遍历所有天线波束并且从发射器接收发射的测试信号。在步骤68，接收器通过标识接收到的测试信号的最佳传输质量来标识最佳接收器波束。在步骤69，流程图结束并且一次迭代也结束。此后，当下一迭代开始时，整个流程图从头开始。

图7示出了波束选择方法的另一流程图。

这一流程图包括步骤71、72、73、74、75、76和77。在开始步骤71之后，流程图继续到步骤72，其中确定在发射器与接收器之间的具有最佳传输质量的发射器波束。最终，步骤72类似于或者可以对应于图6的步骤51。

然后，步骤72继续到与图6的步骤65类似的步骤73。然后，流程图继续到步骤74，其中确定最佳接收器波束，其中步骤74类似于或者可以对应于图6的步骤52。

在这三个步骤72至74之后，迭代结束并且该过程继续到判决步骤75，其中例如控制发射器波束和/或接收器波束的数目。如果留下仅一个接收器和/或发射器波束，则流程图在步骤77结束。否则，流程图转到步骤76，其中基于传输信号的质量来减少预定波束数目。然后，流程图继续到步骤72并且重复这一循环，直至满足步骤75中的判决条件。存在不同例子，其中在步骤75询问不同种类的判决，以停止循环和结束流程图，由此结束迭代。

图10示出了用于无线通信的通信系统99，其中系统99包括发射器116和接收器117。

发射器116包括发射天线119、存储器125和分析装置113。发射器116适于有利地通过定向天线发射器波束121经由天线119发射电磁信号。

接收器117包括接收天线120、存储器126和分析装置114。接收器117适于有利地通过定向天线接收器波束122经由天线120接收电磁信号。

分析装置113和114分别适于分析由天线发射器波束121和天线接收器波束122的天线装置建立的信号链路的信道延迟分布及其特性，基于这些特性来评估信号链路并且在相应的存储器125和126中将评估的结果存储为评估值。当然，分析装置113、114和115也可以基于评估值来选择天线波束。通常，信号链路越好，评估值就越高。

存储器125和126分别适于在表格中存储评估值，有利地在被分等的列表中被排序地存储评估值。评估值指向波束装置、特定利用的发射器和接收器波束以及更多参数，以重构波束装置。通常，评估值是数。

在另一例子中，仅接收器117包括存储器和分析装置，而发射器110并不包含存储器和分析装置。

在另一情况下，发射器和接收器都包括存储器和分析装置，并且两个装置都能够发射和接收信号，因此具有发射模式和接收模式。但是仅当前正接收信号并且因此在接收模式下的装置利用分析装置执行信道延迟扩展的分析。

有利地，使存储器125和126同步来保持评估值的列表最新。因此，分析装置一登记评估值的改变，分析装置就发送已更新的列表或者命令发射器110或者接收器111更新其相应的存储器125或者126。

或者在另一例子中，在检测到改变的分析装置的存储器中更新已改变的评估值，并且分析装置命令其它单元根据已更新的评估值来适配波束装置。由于有利地在装置的接收模式期间完成分析，所以其它装置因此有利地是发射器，因而是在发射模式下的装置。

也有可能的是：出于减少成本的原因，仅一个装置116或者117包括分析装置和/或存储器，并且仅一个装置116或者117通知并不具有分析装置和/或存储器的其它装置。

Claims

1.一种用于分析一个或者更多发射器与一个或者更多接收器之间的通信系统内的至少一个信号链路的信道延迟分布的方法，

其中，每个发射器和每个接收器分别包括多个预定的发射器和接收器波束，并且

其中，每个信号链路对应于发射器和接收器波束的特定组合，

所述方法包括用于基于所述信道延迟分布的特性来评估所述至少一个信号链路的评估步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，重复执行所述评估步骤，以重新评估当前信号链路。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，

其包括用于基于所述评估步骤来选择信号链路的选择步骤。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，

其包括用于基于所述信道延迟分布的特性来为每个信号链路计算评估值的计算步骤，所述评估值是进行评估的步骤的结果。

5.根据权利要求4所述的方法，

其包括用于在发射器和/或接收器中根据评估值的最高等级来存储至少一个评估值的存储步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中，在减少当前信号链路的评估值的情况下，选择具有下一最高评估值的信号链路。

7.根据权利要求5所述的方法，

其中，在减少当前信号链路的评估值的情况下，选择具有下一最高评估值的至少一个信号链路，并且重新计算相应的评估值。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，

其中，所述至少一个信号链路的评估与信号功率、信噪比、载波与干扰之比、视线比、信道窗口尺寸和/或所述信道延迟分布的估计的信道延迟扩展有关。

9.一种分析设备，其适于分析一个或者更多发射器与一个或者更多接收器之间的至少一个信号链路的信道延迟分布，

所述分析设备包括适于基于所述信道延迟分布的特性来评估所述至少一个信号链路的评估装置。

10.根据权利要求9所述的分析设备，

其中，所述评估装置适于重复地评估当前信号链路。

11.根据权利要求9或者10所述的分析设备，

其包括适于基于所述评估装置的评估来选择信号链路的选择装置。

12.根据权利要求9至11之一所述的分析设备，

其包括适于基于所述信道延迟分布的特性来为每个信号链路计算评估值的计算装置，所述评估值是所述评估装置评估的结果。

13.根据权利要求12所述的分析设备，

其包括适于根据评估值的最高等级来存储至少一个评估值的存储器。

14.根据权利要求13所述的分析设备，

其中，在减少当前信号链路的评估值的情况下，所述选择装置选择具有下一最高评估值的信号链路。

15.根据权利要求13所述的分析设备，

其中，在减少当前信号链路的评估值的情况下，所述选择装置选择具有下一最高评估值的至少一个信号链路，并且所述计算装置重新计算相应的评估值。

16.根据权利要求9至15之一所述的分析设备，

17.根据权利要求9至16之一所述的分析设备，

其中，所述分析设备是所述发射器和/或所述接收器的部分。